阅读说明：本技术 一种火电厂煤热解气制氢系统及方法 (Thermal power plant coal pyrolysis gas hydrogen production system and method ) 是由 陈辉 杨豫森 崔华 于 2019-03-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种火电厂煤热解气制氢系统及方法,其包括电站锅炉(10),所述火电厂煤热解气制氢系统包括煤预处理设备、气化炉(1)及气体净化及分离装置(8)；所述煤预处理设备包括水煤浆加工处理设备或电站锅炉制粉系统(12)中至少一种；所述气化炉上设有进料口(14),所述进料口与煤预处理设备相连接；经过所述煤预处理设备的煤产物与气化剂在气化炉内反应生成混合气；所述气体净化及分离装置(8)一端与气化炉相连接,另一端与电站锅炉(10)相连接；所述混合气在气体净化及分离装置(8)内转化为氢气和废气,所述废气输送至电站锅炉(10)；本发明将充分利用火电厂的设备与物料,有效利用能源,降低气化炉能耗,提高了产氢量。(The invention discloses a system and a method for producing hydrogen from coal pyrolysis gas of a thermal power plant, which comprises a power station boiler (10), wherein the system for producing hydrogen from coal pyrolysis gas of the thermal power plant comprises coal pretreatment equipment, a gasification furnace (1) and a gas purification and separation device (8); the coal pretreatment equipment comprises at least one of coal water slurry processing equipment or a power station boiler pulverizing system (12); a feed inlet (14) is formed in the gasification furnace and is connected with coal pretreatment equipment; the coal product passing through the coal pretreatment equipment reacts with a gasification agent in a gasification furnace to generate mixed gas; one end of the gas purification and separation device (8) is connected with the gasification furnace, and the other end is connected with the power station boiler (10); the gas mixture is converted into hydrogen and waste gas in a gas purification and separation device (8), and the waste gas is conveyed to a power station boiler (10); the invention fully utilizes the equipment and materials of the thermal power plant, effectively utilizes energy, reduces the energy consumption of the gasification furnace and improves the hydrogen yield.)

一种火电厂煤热解气制氢系统及方法

技术领域

本发明属于热解气化制氢领域，具体为利用火电厂锅炉烟气、水蒸汽热解煤炭制氢，具体提出一种火电厂煤热解气制氢系统及方法。

背景技术

氢是目前公认的最洁净的燃料，也是非常重要的化工原料。因此，氢将成为21世纪的一种非常重要的洁净能源。目前，世界各国对制氢技术的发展都给予了高度重视。一般说来，制氢技术可以分为两大类：（1）水电解制氢；（2）从其它一次能源转换制氢，主要是以化石能源（煤、石油、天然气）为原料与水蒸汽在高温下发生转化反应，化石能中的碳先变为CO，再通过CO变换（即水煤气变换）反应，在CO转化为CO₂的同时，H₂O转变成了氢。

从其它一次能源转换制氢，例如从煤及可再生能源燃料热解气化制氢，是未来氢气的一个重要来源。国内专利200710017691.6发明了超临界水流化床反应器，并在国内专利201610570395.8中改进发明了一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置及方法，但超临界水气化装置高温高压，装置本身耗能巨大。

如何降低热解气化制氢过程中的高温水蒸汽及煤粉或水煤浆制取能耗成为一个亟待解决的问题。

有鉴于此，提出本发明。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种火电厂煤热解气制氢系统和方法，利用火电厂锅炉高温烟气或汽轮机高温抽汽水蒸汽作为气化剂，从而降低气化炉的整体能耗，将煤炭热解气化为可燃热解混合气，再经过净化和分离，从而实现火电厂的煤热解气制氢工艺。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种火电厂煤热解气制氢系统，其包括电站锅炉，所述火电厂煤热解气制氢系统包括煤预处理设备、气化炉及气体净化及分离装置；

其中，所述煤预处理设备包括水煤浆加工处理设备或电站锅炉制粉系统中至少一种；

所述气化炉上设有进料口，所述进料口与煤预处理设备相连接；经过所述煤预处理设备的煤产物与气化剂在气化炉内反应生成混合气；

所述气体净化及分离装置一端与气化炉相连接，另一端与电站锅炉相连接；所述混合气在气体净化及分离装置内转化为氢气和废气，所述废气输送至电站锅炉。

优选的，所述气化剂为空气、氧气、水蒸汽、高温烟气中的至少一种。

优选的，所述电站锅炉与气化炉相连接，所述高温烟气来自电站锅炉的高温烟气。

优选的，所述火电厂煤热解气制氢系统包括汽轮机，所述汽轮机与气化炉相连接，所述水蒸汽来自汽轮机的主蒸汽或抽汽。

优选的，所述火电厂包括省煤器、再热器、空气预热器及脱硝装置，所述气体净化及分离装置净化分离得到的废气，根据其温度送回锅炉烟道内再热器、省煤器、空气预热器、脱硝装置其中之一的前侧。

优选的，所述火电厂煤热解气制氢系统包括冷却器，所述冷却器与气化炉、电站锅炉、汽轮机相连接；所述冷却器中的介质为火电厂的锅炉水，所述锅炉水经过冷却器产生蒸汽，并将蒸汽输送至汽轮机。

优选的，热解原料煤粉直接来自火电厂磨煤机和制粉系统；和/或所述水煤浆加工处理设备为火电厂的电站低速磨煤机。

优选的，所述气体净化及分离装置净化分离得到的氢气送入储氢罐或对外输送的氢气管道，以瓶装气、撬罐车或管道气形式对外销售。

优选的，所述气化炉上设有催化剂添加口，所述催化剂根据送入气化炉内的物料类型选取。

一种火电厂煤热解气制氢的方法，所述方法使用以上所述的火电厂煤热解气制氢系统，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1：根据火电厂现有设备及烟气及水蒸汽热力系统情况，选择送入气化炉的煤原料状态；如果为煤粉，则执行S2；如果为水煤浆，则执行S3；

S2：根据火电厂磨煤机处理的煤的种类及煤粉粒度，选择气化工艺；并确定相应气化工艺所对应的气化剂；然后执行S4；

S3：根据火电厂低速磨煤机处理的煤量及水煤浆浓度，选择气化工艺；并确定相应气化工艺所对应的气化剂；然后执行S4；

S4：将预处理后的煤原料及相应气化剂送入相应的气化炉内，并进行煤气化反应得到混合气；

S5：将产生的混合气送入气体净化和分离装置进行净化处理；净化后的气体进行分离，得到氢气；分离剩余的废气送入电站锅炉。

有益效果

（1）利用火电厂锅炉高温烟气作为气化剂，高效利用了烟气余热，降低 气化炉能耗。

（2）利用火电厂汽轮机高温抽汽作为气化剂，高效利用了抽汽水蒸汽余 热和水蒸汽工质，降低气化炉能耗，提高了产氢量。

（3）直接利用火电厂磨煤机及制粉系统生产的煤粉，进行煤粉热解制氢。

（4）直接利用火电厂低速钢球磨煤机，将煤炭、添加剂和水等在磨煤机内 混合加工生产水煤浆。

（5）气体净化和分离装置分离的废气直接排入火电厂锅炉，利用锅炉烟气处理系统处理热解气化废气，减少气化炉废气烟气处理费用。

附图说明

图 1 为本发明火电厂煤热解气制氢系统实施例一火电厂煤粉热解制氢系统示意图；

图 2为本发明火电厂煤热解气制氢系统实施例一火电厂煤粉热解制氢系统具体情况示意图；

图 3 为本发明火电厂煤热解气制氢系统实施例一火电厂煤粉热解制氢方法；

图 4为本发明火电厂煤热解气制氢系统实施例二给火电厂水煤浆热解制氢系统示意图；

图5为本发明火电厂煤热解气制氢系统实施例二火电厂水煤浆热解制氢方法；

图 6为本发明火电厂煤热解气制氢系统实施例三火电厂煤热解气制氢系统示意图；

图 7为本发明火电厂煤热解气制氢系统实施例三火电厂煤热解气制氢方法；

图 8为本发明火电厂煤热解气制氢系统实施例四火电厂煤热解气制氢系统示意图；

图 9为本发明火电厂煤热解气制氢系统实施例四火电厂煤热解气制氢方法。

附图标记说明

为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明。

气化炉1，冷却器2，汽包3，过热器4，汽轮机5，省煤器6，锅炉烟道7，气体净化及分离装置8，电站锅炉10，阀门11，电站锅炉制粉系统12，电站低速磨煤机13，进料口14，排渣口15。

通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但本发明所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明的核心是提供一种火电厂煤热解气制氢系统和方法，该系统能够实现低能耗煤热解气制氢，并给出了煤热解气制氢步骤方法。

实施例一

一种火电厂煤热解气制氢系统，如图1-图2所示，所述火电厂煤热解气制氢系统包括气化炉1，所述气化炉1的上端设有进料口14，下端设有排渣口15；所述进料口14处连接有电站锅炉制粉系统12，所述电站锅炉制粉系统12包括火电厂磨煤机及制粉系统，通过火电厂磨煤机及制粉系统生产煤粉。所述电站锅炉制粉系统12将制得的煤粉通过进料口14输送至气化炉1，经过气化炉1产生的残渣由排渣口15排出。煤原料在站锅炉制粉系统12内进行预处理，即所述火电厂煤热解气制氢系统直接利用火电厂磨煤机及制粉系统生产的煤粉，进行煤粉热解制氢，能够有效利用火电厂的设备与煤粉。优选的，所述电站锅炉制粉系统12制得的煤粉经过氮气或CO₂的加压输送进入气化炉1。

所述气化炉1内通入气化剂，所述气化剂与煤粉于气化炉1内反应制得混合气。优选的，所述气化剂为空气、氧气、水蒸汽、高温烟气中的至少一种。

优选的，所述空气为预热空气。

优选的，所述气化炉1与火电厂的汽轮机5相连接，以上气化剂中所述水蒸汽来自于所述汽轮机5中的主蒸汽或抽汽。利用火电厂汽轮机高温主蒸汽或抽汽作为气化剂，高效利用了主蒸汽或抽汽水蒸汽的余热和水蒸汽工质，降低气化炉能耗，提高了产氢量。

优选的，以上气化剂中所述高温烟气来自火电厂的锅炉高温烟气。利用火电厂锅炉高温烟气作为气化剂，高效利用了烟气余热，降低气化炉能耗。

优选的，所述气化炉1采用富氧气化技术，用富氧气体作为气化剂；将富氧气体引入气化炉1，提高气化炉的产气率和混合气产氢率。

优选的，气化炉1高温出气区域引入来自火电厂汽轮机5的低压低温抽汽，利用此低温水蒸汽进行激冷。

所述火电厂煤热解气制氢系统还包括电站锅炉10、气体净化及分离装置8，所述气化炉1与电站锅炉10、气体净化及分离装置8相连接，所述气化净化及分离装置8与电站锅炉10相连接，即，所述电站锅炉10、气化炉1、气化净化及分离装置8依次首尾连接，以形成循环系统。所述电站锅炉10中部分高温烟气通过管道输送至气化炉1；所述电站锅炉10与气化炉1之间设有阀门11，通过控制阀门11能够有效控制由所述电站锅炉10输送至气化炉1中的高温烟气的输送量。所述气化炉1中产生的混合气通过管道输送至气化净化及分离装置8，并经气化净化及分离装置8的净化与分离获得氢气，其余的废气则输送至所述电站锅炉10，由所述电站锅炉10进行余热利用。

优选的，所述气体净化及分离装置8净化分离得到的氢气送入储氢罐或对外输送的氢气管道，以瓶装气、撬罐车或管道气的形式对外销售。

所述火电厂设有锅炉烟道7，所述火电厂包括省煤器6、再热器、空气预热器及脱硝装置。

优选的，所述气体净化及分离装置8净化分离得到的废气，根据其温度送回锅炉烟道7内再热器、省煤器6、空气预热器、脱硝装置其中之一的前侧，以对废气进行处理或回收利用。所述气体净化和分离装置8分离的废气直接排入火电厂锅炉，利用锅炉烟气处理系统处理热解气化的废气，减少气化炉废气烟气处理费用。

优选的，如图2，所述火电厂煤热解气制氢系统包括冷却器2，所述冷却器2一端与气化炉1相连接，另一端与电站锅炉10相连接；所述气化炉1内产生的混合气进入冷却器2内，所述冷却器2中的介质为火电厂的锅炉水。在冷却器2内，冷却器2中的介质锅炉水吸收由气化炉1产生的混合气的热量，一方面使由气化炉1产生的混合气降温，另一方面锅炉水吸收混合气的热量后形成蒸汽，从而有效过剩热量，以减少热量损失。

所述冷却器2上连接有汽包3，所述汽包3一端与冷却器2连接，另一端与汽轮机5连接；所述汽包3与汽轮机5之间设有过热器4。冷却器2中的介质由气化炉1产生的混合气的热量后形成蒸汽，并在经过过热器4后形成过热蒸汽，过热蒸汽输送至汽轮机5，以作为汽轮机5的动力来源。冷却器2能够有效回收余热产生蒸汽，并将蒸汽汇入锅炉汽包或电厂汽水循环热力系统。

优选的，所述气化炉1上设有催化剂添加口，所述催化剂根据送入气化炉1内的物料类型选取。

优选的，所述煤粉气化法能够采用固定床气化法、流化床气化法、气流床气化法其中至少一种技术获得混合气。

一种火电厂煤热解气制氢方法，如图3，其包括以下步骤：

步骤1：根据火电厂煤的种类及煤粉粒度，选择气化工艺；并确定相应气化工艺所对应的气化剂；

步骤2：将煤粉及相应气化剂送入气化炉内，并进行煤气化反应得到混合气；

气化炉控制系统控制送入气化炉的煤粉量，并控制气化剂送入气化炉的流量、温度，以使其满足气化炉气化反应能量平衡方程，实现气化反应温度稳定。

步骤3：将产生的混合气送入气体净化和分离装置进行净化处理；净化后的气体进行分离，得到氢气；分离剩余的废气送入锅炉烟道7。

实施例二

本实施例与实施例一原理相同，其主要区别在于：气化的物料来源是水煤浆，而非实施例一中的煤粉。

如图4所示，一种火电厂煤热解气制氢系统，所述火电厂煤热解气制氢系统包括气化炉1，所述气化炉1的上端设有进料口14，下端设有排渣口15；所述进料口14处连接有火电厂的电站低速磨煤机13，煤及石灰石、水及添加剂进入电站低速磨煤机13后直接形成水煤浆；所述电站低速磨煤机13将制得的水煤浆通过进料口14输送至气化炉1，经过气化炉1产生的残渣由排渣口15排出。所述气化炉1内通入气化剂，所述气化剂与水煤浆于气化炉1内反应制得混合气。煤原料在电站低速磨煤机13内进行预处理，即所述火电厂煤热解气制氢系统直接利用火电厂低速钢球磨煤机，将煤炭、添加剂和水在磨煤机内混合加工生产水煤浆，能够有效利用火电厂的设备与物料。

一种火电厂煤热解气制氢方法，如图5，其包括以下步骤：

步骤1：根据火电厂低速磨煤机处理的煤量及水煤浆浓度，选择气化工艺；并确定相应气化工艺所对应的气化剂；

步骤2：将水煤浆及相应气化剂送入气化炉内，并进行煤气化反应得到混合气；

气化炉控制系统控制送入气化炉的水煤浆量，并控制气化剂送入气化炉的流量、温度，以使其满足气化炉气化反应能量平衡方程，实现气化反应温度稳定。

步骤3：将产生的混合气送入气体净化和分离装置进行净化处理；净化后的气体进行分离，得到氢气；分离剩余的废气送入锅炉烟道。

实施例三

本实施例与实施例一原理相同，其主要区别在于：气化的物料来源是水煤浆和煤粉两种，而非实施例一中只有煤粉。即本实施例将实施例一和实施例二合并为一套火电厂煤热解气制氢系统。

如图6所示，一种火电厂煤热解气制氢系统，所述火电厂煤热解气制氢系统包括气化炉1，所述气化炉1的上端设有进料口14，下端设有排渣口15。所述气化炉1与锅炉制粉系统12、电站低速磨煤机13连接，并与电厂锅炉10组成火电厂煤热解气制氢系统。所述气化炉1上的进料口14与火电厂的电站锅炉制粉系统12、电站低速磨煤机13均连接。

煤原料在站锅炉制粉系统12、电站低速磨煤机13内进行预处理。即煤及石灰石、水及添加剂进入电站低速磨煤机13后直接形成水煤浆；所述电站低速磨煤机13将制得的水煤浆、所述电站锅炉制粉系统12将制得的煤粉能够分别通过进料口14输送至相对应的气化炉1，经过气化炉1产生的残渣由排渣口15排出。所述气化炉1内通入气化剂，所述气化剂与煤粉或水煤浆于气化炉1内反应均制得混合气。

一种火电厂煤热解气制氢方法，如图7，其包括以下步骤：

步骤1：根据火电厂现有设备及烟气及水蒸汽热力系统情况，选择送入气化炉的煤原料状态；如果为煤粉，则执行步骤2；如果为水煤浆，则执行步骤3；

步骤2：根据火电厂磨煤机处理的煤的种类及煤粉粒度，选择气化工艺；并确定相应气化工艺所对应的气化剂；然后执行步骤4；

步骤3：根据火电厂低速磨煤机处理的煤量及水煤浆浓度，选择气化工艺；并确定相应气化工艺所对应的气化剂；然后执行步骤4；

步骤4：将预处理后的煤原料及相应气化剂送入气化炉内，并进行煤气化反应得到混合气；

气化炉控制系统控制送入气化炉的煤原料量，并控制气化剂送入气化炉的流量、温度，以使其满足气化炉气化反应能量平衡方程，实现气化反应温度稳定。

步骤5：将产生的混合气送入气体净化和分离装置进行净化处理；净化后的气体进行分离，得到氢气；分离剩余的废气送入锅炉烟道。

实施例四

本实施例与实施例三原理相同，其主要区别在于：如图8所示，所述火电厂煤热解气制氢系统包括两个气化炉1。

所述气化炉1的上均端设有进料口14，下端均设有排渣口15。两个所述气化炉1分别与锅炉制粉系统12、电站低速磨煤机13连接，并与电厂锅炉10火电厂煤热解气制氢系统。其中一个气化炉1上的进料口14与火电厂的电站锅炉制粉系统12相连接，另一个气化炉1上的进料口14与电站低速磨煤机13相连接。

煤原料在站锅炉制粉系统12、电站低速磨煤机13内进行预处理。即煤及石灰石、水及添加剂进入电站低速磨煤机13后直接形成水煤浆；所述电站低速磨煤机13将制得的水煤浆、所述电站锅炉制粉系统12将制得的煤粉能够分别通过各自对应的气化炉上的进料口14输送至相对应的气化炉1，经过气化炉1产生的残渣由排渣口15排出。所述气化炉1内通入气化剂，所述气化剂与煤粉或水煤浆于气化炉1内反应均制得混合气。

所述混合气均通入气体净化及分离装置8，并得到氢气。

一种火电厂煤热解气制氢方法，如图9，其包括以下步骤：

步骤1：根据火电厂现有设备及烟气及水蒸汽热力系统情况，选择送入气化炉的煤原料状态；如果为煤粉，则执行步骤2；如果为水煤浆，则执行步骤3；

步骤2：根据火电厂磨煤机处理的煤的种类及煤粉粒度，选择气化工艺；并确定相应气化工艺所对应的气化剂；然后执行步骤4；

步骤3：根据火电厂低速磨煤机处理的煤量及水煤浆浓度，选择气化工艺；并确定相应气化工艺所对应的气化剂；然后执行步骤4；

步骤4：将预处理后的煤原料及相对应的气化炉送入相应的气化炉内；

气化炉控制系统控制送入气化炉的煤原料量，并控制气化剂送入气化炉的流量、温度，以使其满足气化炉气化反应能量平衡方程，实现气化反应温度稳定。

步骤5：将产生的混合气送入气体净化和分离装置进行净化处理；净化后的气体进行分离，得到氢气；分离剩余的废气送入锅炉烟道。

本发明具有以下优点（1）利用火电厂锅炉高温烟气作为气化剂，高效利用了烟气余热，降低气化炉能耗。（2）利用火电厂汽轮机高温抽汽作为气化剂，高效利用了抽汽水蒸汽余热和水蒸汽工质，降低气化炉能耗，提高了产氢量。（3）直接利用火电厂磨煤机及制粉系统生产的煤粉，进行煤粉热解制氢。（4）直接利用火电厂低速钢球磨煤机，将煤炭、添加剂和水在磨煤机内混合加工生产水煤浆。（5）气体净化和分离装置分离的废气直接排入火电厂锅炉，利用锅炉烟气处理系统处理热解气化废气，减少气化炉废气烟气处理费用。

在本申请的描述中，属于“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如“连接”可以是固定连接，也可以时可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介简介相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”“一些实施例”“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中，在本说明书中，对上述术语的示意性表达不一定指的是相同的实施例或实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本领域的技术人员应该明白，虽然发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明的实施例。任何本发明实施例所属领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改及变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求所界定的范围为准。